DE3917309A1

DE3917309A1 - METHOD AND DEVICE FOR REDUCING ARTIFACTS CAUSED BY MUSHROOMING

Info

Publication number: DE3917309A1
Application number: DE3917309A
Authority: DE
Inventors: Yuval Zur
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1989-05-27
Publication date: 1989-12-14
Also published as: NL8901353A; US4950991A; IL86570A; JPH02119845A; IL86570A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Magnetresonanzabbildung (MRI), und insbes. auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Minimieren von Gibbs-Artefakten in Bilddarstellungen, die unter Verwendung von MRI-Systemen erhalten werden.The invention relates to magnetic resonance imaging (MRI), and in particular on a method and a device for Minimize Gibbs artifacts in imaging that can be obtained using MRI systems.

Das Abtasten bzw. Sampeln (sampling) ist zeitbegrenzt. Die endliche Abtast-Zeitdauer führt zu Artefakten, die durch das "Gibbs-Phänomen" verursacht werden. Die Darstellung in der Bilddomäne z.B. in der Nähe einer Diskontinuität weist ein oszillatorisches Überschwingen (overshoot) auf, das angenä hert 9% der Größe des Signales an der Diskontinuität beträgt. Ein durch das Gibbs-Phänomen verursachter Artefakt tritt als Ringbildung bzw. Bildverwerfung (ringing) in der Bilddarstel lung auf. Die Ringbildung wird häufig als "Gibbs-Artefakt" bezeichnet. Hierzu wird auf das Buch "The Fourier Transform and its Applications" von R. Bracewell, erschienen im Verlag McGraw-Hill Book Co. (1965), Seiten 209 ff hingewiesen.Sampling is time-limited. The finite sampling period leads to artifacts caused by the "Gibbs phenomenon" caused. The representation in the Image domain e.g. in the vicinity of a discontinuity oscillatory overshoot, the approx is 9% of the size of the signal at the discontinuity. An artifact caused by the Gibbs phenomenon occurs as Ring formation or image rejection (ringing) in the image display lung on. Ring formation is often referred to as a "Gibbs artifact" designated. The book "The Fourier Transform and its Applications "by R. Bracewell, published by the publisher McGraw-Hill Book Co. (1965), pages 209 ff.

Wenn mehr Abtastpunkte (sampling points) genommen werden, bleibt die Amplitude 9%, das Überschwingen wird jedoch gegen den Rand der Diskontinuität komprimiert, wodurch der Artefakt reduziert und entsprechend die räumliche Auflösung verbessert wird. Wenn mehr Abtastpunkte genommen werden, wird die räumliche Auflösung verbessert; dies erfordert jedoch Zeit, wodurch der Durchsatz verringert wird. Wie bekannt, ist das Signal-Geräusch-Verhältnis (SNR) proportional der inversen Quadratwurzel von N, wenn N die Anzahl der Abtastpunkte ist. Um ausreichend viele Abtastpunkte zu erhalten, damit effektiv der Gibbs-Artefakt verringert werden kann, wird nicht nur der Durchsatz verringert, sondern auch das SNR der Bilddarstel lung bis zu dem Punkt, bei dem die verbesserte Auflösung durch Geräusch verwischt wird. If more sampling points are taken, the amplitude remains 9%, but the overshoot is compressed towards the edge of the discontinuity, reducing the artifact and accordingly improving the spatial resolution. If more sampling points are taken, the spatial resolution is improved; however, this takes time, which reduces throughput. As is known, the signal-to-noise ratio (SNR) is proportional to the inverse square root of N when N is the number of sample points. To get enough sample points to effectively reduce the Gibbs artifact, not only is throughput reduced, but the SNR of the image is reduced to the point where the improved resolution is blurred by noise.

Ein multiplikatives Filter in der Zeitdomäne kann effektiv das Überschwingen und die Vergrößerung des SNR verringern. Ein solches Filter verringert jedoch die Auflösung der Bilddarstellung. Die Verringerung der Auflösung tritt auf, weil ein Zeitdomänenfilter, das das Überschwingen verringert, auch die Übergangsbreite der Funktion vergrößert. Die räumliche Auflösung, d.h. die kleinste anzeigbare Größe, ist proportional der Übergangsbreite, so daß eine vergrößerte Übergangsbreite bedeutet, daß die kleinste anzeigbare Größe vergrößert wird.A multiplicative filter in the time domain can effectively reduce the overshoot and magnification of the SNR . However, such a filter reduces the resolution of the image display. The decrease in resolution occurs because a time domain filter that reduces overshoot also increases the function's transition width. The spatial resolution, ie the smallest displayable size, is proportional to the transition width, so that an enlarged transition width means that the smallest displayable size is enlarged.

Bei der Magnetresonanzabbildung gibt es viele Fälle, z.B. für thorakale Bilddarstellungen, bei denen ein Bild von 256×256 nicht erforderlich ist. Tatsächlich würde in vielen Fällen eine Bilddarstellung, die eine geringere Auflösung, jedoch ein verbessertes SNR und Erfassungsdauer hat, bevorzugt. Bisher sind jedoch die Bilddarstellungen mit geringerer Auflösung wegen der Gibbs-Artefakte nicht verwendet worden, die die Bilddarstellung und insbes. eine Bilddarstellung mit geringer Auflösung verwischen. Es ist deshalb eine Verringer ung der Gibbs-Artefakte ohne nachteilige Beeinflussung der Auflösung, des SNR oder der Abtastdauer erwünscht.There are many cases in magnetic resonance imaging, for example for thoracic imaging, in which an image of 256 × 256 is not required. In fact, in many cases, image display that has lower resolution but improved SNR and acquisition time would be preferred. So far, however, the lower-resolution image representations have not been used because of the Gibbs artifacts that blur the image representation, and especially a low-resolution image representation. It is therefore desirable to reduce Gibbs artifacts without adversely affecting resolution, SNR, or scan time.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, die Ringbildungsartefakte in der Bilddarstellung effektiv und wesentlich zu verringern, während gleichzeitig eine gegebene Auflösung und das Signal- Geräusch-Verhältnis der End-Bilddarstellung ohne Erhöhung der Abtastdauer im wesentlichen aufrecht erhalten wird.The object of the invention is therefore the ring formation artifacts to effectively and significantly reduce the image display, while at the same time a given resolution and the signal Noise ratio of the final image display without increasing the Scan duration is essentially maintained.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Verringern von Ringbildungsartefakten, bei dem die Abfragung ohne Erhöhung der Abfragdauer erfolgt, während die Ringbildungsartefakte verringert und das Signal-Geräus ch-Verhältnis sowie die Auflösung, die durch bisher verwende te Abbildungsmethoden erhalten werden, beibehalten wird, dadurch gelöst, daßAccording to the invention, this object is achieved with a method to reduce ringing artifacts, in which the Polling takes place without increasing the polling duration while the Ringing artifacts are reduced and the signal noise ch ratio as well as the resolution used by so far imaging methods are preserved, maintained, solved in that

a) free induction delay signals (FID) are detected,
b) the detected signals to obtain data asymmetrically be sampled,
c) the data obtained are multiplied by an optimized filter in the time domain to obtain data filtered in the time domain, whereby

1) the overshoot is reduced,

2) the resolution is reduced, and

3) the SNR is increased,
d) symmetric data are obtained by complex conjugation of the data filtered in the time domain, whereby

1) the amount of data is increased and as a result the resolution is improved,

2) an overshoot causing the ringing artifacts is compressed, and

3) the signal-to-noise ratio (SNR) is reduced,
e) through the symmetrical data to obtain the image data Fourier transform can be transformed, and
f) the image data are processed to an image representation largely without ring formation artifacts and with one Resolution as well as a signal-to-noise ratio that comparable to images that are used under receive symmetrical sampling (sampling) are going to achieve.

Die hier verwendeten FID-Signale können Echosignale enthal ten. Die Filterung kann auch nach dem Schritt des komplexen Konjugierens (der erfaßten Daten) erfolgen, oder der Fourier- Transformierschritt kann vor dem Schritt des komplexen Konjugierens vorgenommen werden. Während vorliegende Erfin dung in der Phasencodier- oder in der Frequenzcodierrichtung durchgeführt werden kann, ist es vom Standpunkt der Zeiter sparnis aus zweckmäßig, die Phasencodierrichtung zu verwen den. The FID signals used here can contain echo signals The filtering can also be done after the step of the complex Conjugation (of the acquired data), or the Fourier Transform step can be done before the step of the complex Conjugate be made. During the present inven extension in the phase coding or in the frequency coding direction can be done, it is from the standpoint of time saving from expedient to use the phase coding direction the.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeich nung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:The invention in connection with the drawing tion explained using exemplary embodiments. It shows:

Fig. 1 ein Gibbs-Überschwingen (overshoot) in einem Fre quenzsignal, das aus einem einer Fourier-Transfor mation unterzogenen, abgeschnittenen Zeitsignal erhalten wird, Fig. 1 is a Gibbs overshoot (overshoot)-frequency signal in a Fre obtained a Fourier transfor mation subjected truncated time signal from a,

Fig. 2 das Gibbs-Überschwingen in dem Frequenzsignal, das aus der durch Fourier-Transformation behandelten, abgeschnittenen Zeitsignal erhalten wird, wenn mehr Abtastpunkte verwendet werden als dies in Fig. 1 der Fall ist, FIG. 2 shows the Gibbs overshoot in the frequency signal obtained from the clipped time signal treated by Fourier transform when more sample points are used than is the case in FIG. 1 .

Fig. 3 das Gibbs-Überschwingen in einem Frequenzsignal, das aus einem durch Fourier-Transformation behandelten multiplikativ gefilterten Zeitsignal erhalten wird, Fig. 3, the Gibbs overshoot in a frequency signal which is obtained from a treated by Fourier transformation multiplicative filtered time signal,

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform eines Filters zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen System, Fig. 4 shows a preferred embodiment of a filter for use in the inventive system,

Fig. 5 ein MRI-System und Bestandteile zur Durchführung der erfindungsgemäßen Gibbs-Artefaktreduzierung, und Fig. 5 is a MRI system and components for the implementation of the Gibbs artifact reduction according to the invention, and

Fig. 6a eine bekannte symmetrische Abtastung (symmetrical sampling), 6b eine asymmetrische Abtastung (asymmetrical sampling), 6c asymmetrisch abgetastete Daten nach einer komple xen Konjugation. FIG. 6a is a known symmetrical scan (symmetrical sampling), 6b an asymmetric sampling (asymmetrical sampling), 6c asymmetrically sampled data after a Komple xen conjugation.

Fig. 1 zeigt ein typisches FID-Signal 11, das in der Zeitdo mäne erfaßt ist. Wie durch das stilisierte "F" dargestellt, ist das Zeitdomänensignal, das bei einer bevorzugten Ausfüh rungsform ein Echosignal ist, durch Fourier-Transformation in das Frequenzdomänensignal 12 umgeformt. Das Zeitdomänensignal geht dabei nicht von minus Unendlich nach plus Unendlich, sondern ist stattdessen beschnitten, wie durch die Linien 13 und 14, die die Begrenzungen des Zeitdomänensignals 11 festlegen, angezeigt ist. Das Abschneiden des Zeitdomänensig nales führt zu dem Gibbs-Effekt-Überschwingen 16, das in dem Frequenzdomänensignal 12 erscheint. Dieses Überschwingen bewirkt den Gibbs-Artefakt, d.h. einen verschwommenen oder Ringbildungsartefakt, der in der Bilddarstellung erscheint. Fig. 1 shows a typical FID signal 11 , which is detected in the time domain. As represented by the stylized "F", the time domain signal, which is an echo signal in a preferred embodiment, is transformed into the frequency domain signal 12 by Fourier transformation. The time domain signal does not go from minus infinity to plus infinity, but is instead cropped, as indicated by lines 13 and 14, which define the limits of the time domain signal 11 . Cutting off the time domain signal leads to the Gibbs effect overshoot 16 that appears in the frequency domain signal 12 . This overshoot causes the Gibbs artifact, that is, a blurred or ringing artifact that appears in the image.

Fig. 2 zeigt den Einfluß auf das Gibbs-Überschwingen beim Abtasten einer stark vergrößerten Anzahl von Punkten. Das Abtasten der stark vergrößerten Anzahl von Punkten beschränkt oder komprimiert die Frequenzverschiebung des Überschwingens. Dies verringert den Ringbildungsartefakteffekt des Über schwingens. Die Durchsatzzeit und das Signal-Geräusch- Verhältnis werden jedoch aufgrund der erhöhten Anzahl von Abtastpunkten ungünstiger, obgleich die Bildauflösung besser wird. Beim Stande der Technik schloß der Gibbs-Effekt die Erfassung von Bilddarstellungen mit weniger Abtastpunkten wegen der sich ergebenden, schädlichen Ringbildungsartefakte, die die Bilddarstellungen verwischten, aus. Fig. 2 shows the influence on the Gibbs overshoot when scanning a greatly enlarged number of points. Scanning the greatly increased number of points limits or compresses the frequency shift of the overshoot. This reduces the ringing artifact effect of the overshoot. However, throughput time and signal-to-noise ratio become less favorable due to the increased number of sampling points, although the image resolution becomes better. In the prior art, the Gibbs effect ruled out capturing image representations with fewer sampling points because of the resultant deleterious ringing artifacts that blurred the image representations.

Fig. 3 zeigt den Einfluß eines Zeitdomänen-Raumfilters auf das durch Fourier-Transformation behandelte Signal. Das Signal 17 hat dabei ein stark reduziertes Gibbs-Überschwingen 18. Die Linie 19 jedoch, die den Rand des Signales definiert, ist nunmehr vorgespannt anstatt im wesentlichen senkrecht. In der Praxis wird die Linie 19 von einer Übergangsbreite D eines Bildelementes auf eine Übergangsbreite D′, die wesent lich größer ist als ein Bildelement, transformiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann sich die Übergangsbreite D bis zum Dreifachen der ursprünglichen Breite von einem Bildelement verändern. Aus Fig. 3 ergibt sich, daß, nachdem die Übergangsbreite im Vergleich zur Übergangsbreite nach Fig. 2 wesentlich vergrößert ist, die Größe des kleinsten Details, das ausgemacht werden kann, d.h. die Auflösung (in Bildelementen oder mm) sich Abhängigkeit von der Verwendung des Filters vergrößert. Die Auflösung ist eine direkte Funktion der Übergangsbreite. Fig. 3 shows the influence of a time-domain filter to the area treated by Fourier transformation signal. The signal 17 has a greatly reduced Gibbs overshoot 18 . However, line 19 , which defines the edge of the signal, is now biased rather than substantially vertical. In practice, line 19 is transformed from a transition width D of a picture element to a transition width D ', which is significantly larger than a picture element. In a preferred embodiment, the transition width D can change up to three times the original width of a picture element. From Fig. 3 it follows that, after the transition width is significantly enlarged compared to the transition width of Fig. 2, the size of the smallest detail that can be made out, ie the resolution (in picture elements or mm) depends on the use of the Filters enlarged. The resolution is a direct function of the transition width.

Das Filter ist in Fig. 4 als Fenster 20 dargestellt. Während in dieser Darstellung ein Kaiser-Fenster gezeigt ist, können auch andere Funktionen verwendet werden. Eine wichtige charakteristische Eigenschaft ist, daß im wesentlichen nur die Mitte der erfaßten Daten das Fenster passiert und das Überschwingen gedämpft wird.The filter is shown as window 20 in FIG. 4. While an Kaiser window is shown in this illustration, other functions can also be used. An important characteristic is that essentially only the middle of the acquired data passes through the window and the overshoot is damped.

Das Magnetresonanzabbildungssystem (MRI-System) 21 nach Fig. 5 ist so ausgelegt, daß es die Gibbs-Artefakte auf einem Minimum hält oder wesentlich reduziert, ohne daß irgendwelche entscheidenden nachteiligen Einflüsse auf das Signal-Ge räusch-Verhältnis, die Auflösung oder die Abbildungsdauer auftreten. Das MRI-System 21 weist den üblichen Magneten 22 auf, der verwendet wird, um das hohe statische Magnetfeld zu erzeugen, das die "Spine" im Patienten innerhalb der Bohrung des Magneten positioniert ausrichtet.The magnetic resonance imaging system (MRI system) 21 of FIG. 5 is designed to keep the Gibbs artifacts to a minimum or substantially reduce them without any significant adverse effects on the signal-to-noise ratio, the resolution or the imaging duration occur. The MRI system 21 has the conventional magnet 22 that is used to generate the high static magnetic field that aligns the "spine" in the patient positioned within the bore of the magnet.

Der Magnet und das System werden von dem Steuerprozessor 23 gesteuert. Dieser Steuerprozessor ist nicht mit den Bestand teilen des MRI-Systems 21 verbunden dargestellt, um zu viele Linien in der Zeichnung zu vermeiden, die eher verwirrend als erläuternd sein würden. Es ist bekannt, daß der Steuerprozes sor 23 das Timing und die Steuersignale für das MRI-System 21 ergibt.The magnet and the system are controlled by the control processor 23 . This control processor is not shown connected to the components of the MRI system 21 to avoid too many lines in the drawing that would be confusing rather than explanatory. It is known that the control process sensor 23 gives the timing and the control signals for the MRI system 21 .

Dem großen statischen Magneten sind Gradientenfeld-Generato ren zugeordnet, die zur Erzeugung von X-, Y- und Z- Gradien tenfeldern dienen, welche zur Positionierung der Quellen der empfangenen Signale verwendet werden. Im einzelnen ist der X-Gradientenfeld-Generator Gx mit 24, der Y-Gradientenfeld- Generator Gy mit 26 und der Z-Gradientenfeld-Generator Gz mit 27 dargestellt. Der Generator Ho für das hohe statische Magnetfeld ist mit 28 bezeichnet.The large static magnet are assigned gradient field generators which serve to generate X, Y and Z gradient fields which are used to position the sources of the received signals. In detail, the X gradient field generator Gx is shown with 24, the Y gradient field generator Gy with 26 and the Z gradient field generator Gz with 27 . The generator Ho for the high static magnetic field is designated 28 .

Es sind Vorkehrungen getroffen, um die durch das hohe statische Magnetfeld ausgerichteten Spine zu stören, d.h. zu kippen. Insbesondere ist eine HF-Spule (nicht dargestellt) innerhalb des großen Magneten 22 angeordnet. Im Sendebetrieb gibt ein Sender 29 HF-Impulse über eine Duplexerschaltung 31 an die HF-Spule. Der Sender 29 nimmt die Impulse über einen Modulator 32 auf. Der Modulator kann verwendet werden, um eine Hochfrequenz aus einem HF-Generator 33 mit einem Modulationssignal aus dem Modulationsgenerator 34 zu modulie ren, um den HF-Impuls zu formen. Der HF-Impuls, der der HF-Spule des Magnetsystems aufgegeben wird, kippt die Spine beispielsweise zuerst um 90° und anschließend um 180° in einer regulären Spin-Echo-Folge.Precautions have been taken to disrupt, ie tilt, the spins aligned due to the high static magnetic field. In particular, an RF coil (not shown) is arranged within the large magnet 22 . In transmission mode, a transmitter 29 transmits RF pulses to the RF coil via a duplexer circuit 31 . The transmitter 29 receives the pulses via a modulator 32 . The modulator can be used to modulate a radio frequency from an RF generator 33 with a modulation signal from the modulation generator 34 to shape the RF pulse. The RF pulse that is applied to the RF coil of the magnet system tilts the spine, for example, first by 90 ° and then by 180 ° in a regular spin-echo sequence.

Während des Aufgebens der HF-Impulse wird ein Scheibenaus wählgradientenimpuls Gz aufgegeben. Im Anschluß daran wird ein Phasencodierimpuls Gy aufgegeben. Während des Empfangens eines Signales wird ein Lese- oder Betrachtungsgradientenim puls Gz zugeführt.A disc selection gradient pulse Gz is applied during the application of the HF pulses. A phase encoding pulse Gy is then applied . A reading or viewing gradient pulse Gz is supplied during the reception of a signal.

Im Empfängerzyklus wird das Echo aufgenommen, wie es durch mit 36 in Fig. 6b bezeichnete Signale dargestellt ist. Das Signal 36 ist ein asymmetrisch abgetastetes Signal. Der Empfang des Signals erfolgt während des Aufgebens des Lesegradientenimpulses 39.The echo is recorded in the receiver cycle, as represented by signals denoted by 36 in FIG. 6b. Signal 36 is an asymmetrically sampled signal. The signal is received while the reading gradient pulse 39 is being applied .

Die Unterscheidung zwischen einem normalen und einem symme trisch abgetasteten empfangenen Signal und einem asymmetrisch abgetasteten Signal läßt sich am besten durch Vergleich der Fig. 6a und 6b zeigen. Fig. 6a zeigt das Signal 36 normal abgetastet. Dabei wird die gleiche Anzahl von Abtastungen bzw. Proben (M/2) auf jeder Seite des Spitzenwertes des empfangenen Signales genommen. Wenn somit M beispielsweise den Wert 128 hat, werden 64 Proben auf jeder Seite der Mitte der Signalspitze längs der Null-Koordinate genommen.The distinction between a normal and a symmetrically sampled received signal and an asymmetrically sampled signal can best be shown by comparing FIGS. 6a and 6b. FIG. 6a, the signal 36 is sampled normal. The same number of samples ( M / 2) is taken on each side of the peak value of the received signal. Thus, for example, if M is 128, 64 samples are taken on either side of the center of the signal peak along the zero coordinate.

Fig. 6b zeigt ein Beispiel für eine asymmetrische Abtastung. Hierbei ist dargestellt, daß (M/2) (1+R) Proben auf einer Seite der Mitte des Signales genommen werden. Auf der anderen Seite der Mitte des Signales werden (M/2) (1-R) Proben genommen, wobei R <1 und positiv ist. Wenn somit beispiels weise R=0,3 und M=128, ergibt eine Seite 64×1,3 oder 83 Proben und die andere Seite 64×0,7 oder 45 Proben. Wie in Fig. 6c gezeigt, beträgt ferner nach der komplexen Konjuga tion die Anzahl von Proben insgesamt 166, wodurch die Auflösung erhöht und das Signal-Geräusch-Verhältnis verrin gert wird, ohne daß die Abtastdauer beeinflußt wird. Figure 6b shows an example of asymmetrical sampling. This shows that ( M / 2) (1+ R ) samples are taken on one side of the center of the signal. On the other side of the middle of the signal ( M / 2) (1- R ) samples are taken, where R <1 and positive. For example, if R = 0.3 and M = 128, one side gives 64 × 1.3 or 83 samples and the other side 64 × 0.7 or 45 samples. Further, as shown in Fig. 6c, after the complex conjugation, the total number of samples is 166, which increases the resolution and reduces the signal-to-noise ratio without affecting the sampling time.

Das empfangene Signal wird, wie sich aus Fig. 5 ergibt, im Demodulator 42 demoduliert, der sowohl das empfangene Signal als auch ein Signal aus dem Modulationsgenerator 34 aufnimmt. Das Signal aus dem Demodulator wird durch einen Analog-Digi tal-Wandler 43 in digitale Signale umgewandelt. Das asymmet rische Abtasten wird in nur einer Richtung durchgeführt. Es kann entweder in der Zeit- oder in der Phasencodierrichtung vorgenommen werden. Mehr Zeit wird eingespart, wenn das exzentrische Abtasten in der Phasencodierrichtung vorgenommen wird.The received signal is, as is clear from Fig. 5, demodulated in the demodulator 42, which receives both the received signal and a signal from the modulation generator 34. The signal from the demodulator is converted into digital signals by an analog-Digi tal converter 43 . The asymmetrical scanning is carried out in only one direction. It can be done in either the time or phase encoding direction. More time is saved if the eccentric scanning is done in the phase encoding direction.

Die vollständigen, erfaßten Daten weisen beispielsweise Daten in einer 128×128 Matrix auf, die durch Erfassen und Digitalisieren des Signales 36 erhalten werden. Eine komplexe Konjugation wird verwendet, um Daten z.B. für eine 128×166 Matrix zu erzeugen. Der komplexe Konjugator ist als Einheit 44 dargestellt. Der Ausgang dieses komplexen Konjugators wird durch ein multiplikatives Filter, z.B. ein Kaiser-Filter 46 geschickt, um das Entfernen der Gibbs-Artefakte zu unterstüt zen. Der Ausgang des Kaiser-Filters wird durch einen Fourier- Transformationsoperator 47 transformiert.The complete, captured data has, for example, data in a 128 × 128 matrix, which are obtained by capturing and digitizing the signal 36 . A complex conjugation is used to generate data for a 128 × 166 matrix, for example. The complex conjugator is shown as unit 44 . The output of this complex conjugator is passed through a multiplicative filter, such as an Kaiser filter 46 , to aid in the removal of the Gibbs artifacts. The output of the Kaiser filter is transformed by a Fourier transform operator 47 .

In der Praxis kann die Fourier-Transformation und/oder die Filterung vor der komplexen Konjugation durchgeführt werden. Ferner werden in der Praxis die Filterparameter ausgewählt, um die Verringerung der Gibbs-Artefakte zu optimieren und im wesentlichen die gleiche Auflösung, das gleiche Signal-Ge räusch-Verhältnis (und die Abtastdauer) beizubehalten, indem ferner die Verbesserung in bezug auf die Auflösung und die nachteilige Beeinflussung des Signal-Geräusch-Verhältnisses, das durch den komplexen Konjugationsschritt verursacht wird, berücksichtigt werden. In practice, the Fourier transform and / or the Filtering can be done before complex conjugation. In practice, the filter parameters are also selected to optimize the reduction in Gibbs artifacts and in essentially the same resolution, the same signal Ge to maintain noise-to-noise ratio (and sampling time) by furthermore the improvement with regard to the dissolution and the adverse influence on the signal-to-noise ratio, caused by the complex conjugation step be taken into account.

Die Auflösung, die durch die erfindungsgemäße Bilddarstellung erzielt wird, d.h. beispielsweise durch das asymmetrische Abtasten, das multiplikative Filtern und das komplexe Konjugieren im Vergleich zu der Auflösung bei symmetrischem Abtasten, das unter Verwendung der gleichen Anzahl von Prüfpunkten erhalten wird, ist gegeben durchThe resolution caused by the image display according to the invention is achieved, i.e. for example through the asymmetrical Sampling, Multiplicative Filtering and Complex Conjugate versus symmetric resolution Scan that using the same number of Test points obtained is given by

wobeiin which

D=die Übergangsbreite (in Bildelementen oder mm) nach der multiplikativen Filterung (vgl. Fig. 3) und
R=die Abtastasymmetrie (vgl. Fig. 6) ist. D = the transition width (in picture elements or mm) after the multiplicative filtering (cf. FIG. 3) and
R = the sampling asymmetry (see FIG. 6).

Vor dem Filtern beträgt die Übergangsbreite ein Bildelement. Bei symmetrischem Abtasten ist im Gegensatz zum asymmetrischen Abtasten R=0. In der Praxis beträgt die Anzahl von Abtast punkten N ohne komplexe Konjugation. Nach der komplexen Konjugation gibt es 2M Abtastpunkte, wobei 2M=N (1+R) und N <2M. Das Filter verschlechtert die Auflösung, die komplexe Konjugation verbessert jedoch die Auflösung. Infolgedessen ändert sich während des Verarbeitungsvorganges, bei dem die Gibbs-Artefakte verringert werden, die Auflösung nicht wesentlich.Before filtering, the transition width is one picture element. In contrast to asymmetrical scanning, R = 0 for symmetrical scanning. In practice, the number of sampling points is N without complex conjugation. After the complex conjugation there are 2 M sample points, where 2 M = N (1+ R ) and N <2 M. The filter degrades the resolution, but the complex conjugation improves the resolution. As a result, the resolution does not change significantly during the process of reducing Gibbs artifacts.

Das Signal-Geräusch-Verhältnis, das durch das vorbeschriebene Abbildungsverfahren erhalten wird, ist im Vergleich zu dem normalerweise erhaltenen Signal-Geräusch-Verhältnis gegeben durch:The signal-to-noise ratio caused by the above Mapping process is obtained compared to that given signal-to-noise ratio normally obtained by:

wobeiin which

R=die ausgewählte Abtastasymmetrie, die gewählt wird, um den besten Kompromiß zu erzielen, und
σ _F die RMS-Geräusch-Verringerung aufgrund des multiplikati ven Filters. R = the selected sampling asymmetry chosen to achieve the best compromise, and
σ _F the RMS noise reduction due to the multiplicative filter.

Bei symmetrischer Abtastung (Sampling) ist R=0 und SNR=1. Deshalb verringert das asymmetrische Abtasten den Wert von SNR. Das Filter verbessert andererseits das SNR. Infolgedes sen ändert während des Verarbeitungsvorganges zur Verringer ung der Gibbs-Artefakte das SNR sich nicht wesentlich.With symmetrical sampling (sampling), R = 0 and SNR = 1. As a result, asymmetrical sampling reduces the value of SNR. On the other hand, the filter improves the SNR. As a result, the SNR does not change significantly during the Gibbs artifact reduction process.

Es sei angenommen, daß 2M Punkte nach der Konjugation abgetastet werden. Das Filter multipliziert jeden Punkt mit der Filterfunktion fk, wobei -M k M, und der Punkt fk=0 wird auf 1 normalisiert. Dann gilt:Assume that 2 M points are sampled after conjugation. The filter multiplies each point by the filter function fk , where - M k M , and the point fk = 0 is normalized to 1. Then:

Als Beispiel, bei dem das Kaiser-Filter eingesetzt wird (vgl. das Buch "Digital Filters", 2. Ausgabe von R.W. Hamming, erschienen in Prentice Hall Inc. 1983) ergibt sich:As an example in which the Kaiser filter is used (cf. the book "Digital Filters", 2nd edition by R.W. Hamming, published in Prentice Hall Inc. 1983):

wobei I₀ eine Funktion ist, die gegeben ist durchwhere I ₀ is a function given by

wobeiin which

a=ein freier Parameter des Filters - die anderen Paramter können berechnet werden, sobald a gewählt ist; für ein Kaiser-Filter gilt:
a=0,5842 (A-21) 0,4+0,07886 (A-21) für 20<A<50,
A=die Filterdämpfung des Gibbs-Überschwingens in Decibel. a = a free parameter of the filter - the other parameters can be calculated as soon as a is selected; the following applies to an Kaiser filter:
a = 0.5842 (A -21) 0.4 + 0.07886 (A -21) for 20 < A <50,
A = the filter attenuation of the Gibbs overshoot in decibels.

Durch Bestimmen von a, D, A, σ F aus dem ausgewählten Filter kann folgende Tabelle erstellt werden:The following table can be created by determining a , D , A , σ F from the selected filter:

Tabelle 1 Table 1

Wenn beispielsweise das Überschwingen um 6 db gedämpft wird (was bedeutet A=27 db), gilt a=1,669, σ _F=0,850 und D= 1,327.For example, if the overshoot is dampened by 6 db (which means A = 27 db), then a = 1.699, σ _F = 0.850 and D = 1.327.

In vorliegendem Beispiel mit R=0,3 beträgt dann die Auflösung 1,327/1,3 oder annähernd 1 und das vergleichbare SNR beträgt dannIn the present example with R = 0.3, the resolution is then 1.327 / 1.3 or approximately 1 and the comparable SNR is then

1/1,9^1/2 1/0,850 oder 0,8535.1 / 1.9 ^1/2 1 / 0.850 or 0.8535.

Somit reduziert ein Kaiser-Filter das Überschwingen um die Hälfte, während die Auflösung und das SNR im wesentlichen beibehalten werden.Thus, an Kaiser filter reduces overshoot by half while essentially maintaining resolution and SNR .

Die Dämpfung des Überschwingens um 10 db, was bedeutet, daß A= 31, a=2,256, G=0,788 und D=1,605 würde eine ver gleichsweise Auflösung von 1,24 und ein vergleichsweises SNR von 0,907 ergeben, eine geringfügig verringerte vergleichbare Auflösung und ein besseres vergleichbares SNR. Zusätzlich kann die Asymmetrie selektiv varriert werden, was zur Steuerung der Auflösung und des SNR beiträgt. Die folgende Tabelle zeigt Prüfänderungen in der vergleichsweisen Auflö sung und dem SNR, die durch Auswahl von R mit 0,30, 0,33 oder 0,27 und der Dämpfung von 27 oder 31 db erzielbar ist.The attenuation of the overshoot by 10 db, which means that A = 31, a = 2.256, G = 0.788 and D = 1.605 would result in a comparative resolution of 1.24 and a comparative SNR of 0.907, a slightly reduced comparable resolution and a better comparable SNR. In addition, the asymmetry can be selectively varied, which helps to control the resolution and the SNR . The following table shows test changes in the comparative resolution and the SNR, which can be achieved by selecting R with 0.30, 0.33 or 0.27 and the attenuation of 27 or 31 db.

Tabelle II Table II

Somit können die Parameter des Filters so gewählt werden, daß sie einen Kompromiß zwischen der Auflösung, den Ringbildungs artefakten und des SNR ergeben, ohne daß zusätzliche Abtast dauer erforderlich ist. Im Idealfall werden die Parameter so gewählt, daß die Verringerung weder der Auflösung noch des SNR eine Rolle spielen, während die Gibbs-Artefakte entschei dend verringert werden und die Abtastdauer die gleiche bleibt. Thus, the parameters of the filter can be chosen so that they result in a compromise between the resolution, the ring formation artifacts and the SNR without additional scanning time is required. Ideally, the parameters are chosen so that the reduction does not matter either the resolution or the SNR , while the Gibbs artifacts are significantly reduced and the sampling time remains the same.

Zum Stande der Technik ist zu bemerken, daß selbst dann, wenn die Auflösung ein Maximum wird, die Gibbs-Artefakte somit vorherrschen, die Artefakte häufig einwandfreie Diagnosen durch die Verwendung der Bilddarstellung verhindern. Bei spielsweise sind dann häufig Verletzungen zu stark "ver schmiert", als daß sie auszumachen sind.In the prior art, it should be noted that even if the resolution becomes a maximum, the Gibbs artifacts prevail, the artifacts often make flawless diagnoses prevent by using the image display. At for example, injuries are often too severe smeared "so that they can be made out.

Es werden somit Verfahren und Einrichtungen vorgeschlagen, um die Gibbs-Artefakte zu minimieren, ohne daß zusätzliche Abtastzeit, schlechtere Auflösung oder niedrigerer SNR in Kauf zu nehmen ist.Methods and devices are thus proposed to minimize the Gibbs artifacts without having to accept additional sampling time, poorer resolution or lower SNR .

Claims

1. A method for reducing Gibbs artifacts in image representations, which are obtained using magnetic resonance imaging systems (MRI systems), characterized in that

a) MRI signals are recorded,
b) the recorded signals are sampled to obtain data,
c) the amount of data is increased in order to improve the resolution, so that an overshoot is caused by the Gibbs artifacts, but the signal-to-noise ratio (SNR) of the subsequent image display is reduced,
d) the increased amount of data is influenced in order to prevent overshoot,
e) the enlarged amount of data is processed with reduced overshoot in order to obtain the subsequent image representations with very low Gibbs artifacts and with a resolution and an SNR which are comparable to image representations which are obtained in normal operation.

2. The method according to claim 1, characterized in that the step of sampling the detected signals asymmetrical sampling of the data to obtain data detected signals to obtain data.

3. The method according to claim 2, characterized in that the step of increasing the amount of data is a complex one Conjugate the data, which by asymmetri cal sampling of the detected signals can be obtained.

4. The method according to claim 3, characterized in that the step of influencing the increased amount of data multiply to reduce overshoot the enlarged, using the complex conjuga tion achieved through an optimized filter includes.

5. The method according to claim 4, characterized in that the step of processing the increased amount of data with reduced overshoot includes that Fourier transform data obtained from the filter tion to obtain image data.

6. The method according to claim 1, characterized in that the step of multiplying the enlarged data set using complex conjugation is obtained through an optimized filter, the use of an Kaiser filter.

7. The method according to claim 3, characterized in that the data through the asymmetric sampling step through an optimized filter to achieve filtered Data collected, multiplied by that filtered data are complex conjugate, and that the complex conjugate filtered data of a Fourier Undergo transformation to image data receive.

8. Device for reducing Gibbs artifacts in image representations, which are obtained using magnetic resonance imaging systems (MRI systems), characterized by

a) a device for acquiring MRI signals,
b) a device for sampling the sampled signals in order to obtain data,
c) a device for increasing the amount of data in order to improve the resolution, to compress an overshoot causing the Gibbs artifacts, but to reduce the signal-to-noise ratio ( SNR ) of a subsequent image display,
d) a device for influencing the increased amount of data in order to reduce the overshoot,
e) a device for processing the enlarged amount of data with reduced overshoot in order to obtain the subsequent image representations with very low Gibbs artifacts and with a resolution and a signal-to-noise ratio ( SNR ) comparable to image representations which are achieved by normal processes .

9. Device according to claim 8, characterized in that the device for sampling the detected signals for the Obtaining data a device for asymmetrical Sampling the detected signals to obtain data having.

10. Device according to claim 9, characterized in that the device for increasing the amount of data a device device for complex conjugation of the data that by asymmetrical sampling of the detected signals be preserved.

11. The device according to claim 10, characterized in that the device for influencing the enlarged Amount of data to achieve less overshoot a device for multiplying the enlarged Has data amount using the complex Conjugation can be obtained through an optimized filter.

12. The device according to claim 11, characterized in that the device for processing the enlarged data device with reduced overshoot Fourier transform of those obtained from the filter Has data to obtain image data.

13. The device according to claim 11, characterized in that the device for multiplying the enlarged Amount of data using complex conjugation can be obtained through an optimized filter Kaiser filter.

14. Device according to claim 9, characterized by a Device for multiplying the data by the Device for asymmetrical sampling of data over an optimized filter to achieve filtered Data are captured, a device for complex Conjugate the filtered data, as well as a device to Fourier transform the complex conjugate filtered data to obtain image data.